[发明专利]激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法和装置

权利要求书

1.一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，该方法包括：

采用预设的激光参数对目标构件进行激光冲击强化，并获得激光冲击强化后的所述目标构件的残余应力深度分布结果；

在有限元数值分析软件中，对设计的、与所述目标构件等厚度的试件进行激光冲击强化数值模拟，并依据所述残余应力深度分布结果进行校准，获得残余应力单元；根据所述残余应力单元的几何特征，提取并存储所述残余应力单元的本征应变，生成本征矩阵；

采用固有应变法，将所述本征矩阵对应的荷载施加至所述目标构件，获得与所述残余应力单元一致的残余应力分布；

在有限元数值分析软件中，对所述试件施加外荷载，完成裂纹扩展的数值模拟，获得预设裂纹长度下的裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围；

根据所述裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围反向计算得出裂纹扩展寿命。

2.根据权利要求1所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，所述对设计的、与所述目标构件等厚度的试件进行激光冲击强化数值模拟，并依据所述残余应力深度分布结果进行校准，获得残余应力单元；包括：

设计与所述目标构件等厚度的试件；

选用Johnson-Cook动态本构模型，完成网格划分；

计算并输入所述预设的激光参数对应的等效压力载荷数值，设置约束条件，完成激光冲击强化数值模拟，获得残余应力数值及分布；

调整等效压力载荷的时间和空间分布，直至所述残余应力数值及分布与所述残余应力深度分布结果一致，获得残余应力单元。

3.根据权利要求1所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，所述根据所述残余应力单元的几何特征，提取并存储所述残余应力单元的本征应变，生成本征矩阵；包括：

根据所述残余应力单元的几何位置特性将其划分为若干与深度相关的特征区域；其中，所述特征区域包括多个节点，每个节点包括六个方向的应变；

计算所述特征区域内所有节点在预设方向上的应变平均值，以所述应变平均值生成本征应变。

4.根据权利要求3所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，在采用固有应变法，将所述本征矩阵对应的荷载施加至所述目标构件之后，生成本征矩阵之前，还包括：

判断所述目标构件在激光冲击强化区域的几何特征与所述特征区域的关系。

5.根据权利要求1所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，还包括，根据实际外载荷大小、应力比、载荷波形，计算施加外荷载过程中的最大荷载和最小荷载；

依次完成步骤：创建三维模型、划分网格、对材料的属性进行赋值、施加约束条件；

将所述最大荷载和最小荷载分别施加到所述试件上，得到预设裂纹长度下的最大裂纹强度因子值和最小裂纹强度因子值；

将所述最大裂纹强度因子值减去最小裂纹强度因子值，得到裂纹强度因子范围。

6.根据权利要求1所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，采用X射线方法或钻孔法测定所述目标构件冲击后的残余应力深度分布结果。

7.根据权利要求1所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，所述裂纹强度因子值的计算公式如下：

式中，N_ele为预设裂纹长度上的单元数量，K_ele,i为预设裂纹长度上第i个单元的裂纹强度因子数值；其中，E为杨氏模量，G为单元能量释放率；b为单元厚度、C为权重因子、u为单元位移，F为外载数值；

所述裂纹扩展速率da/dN计算如下：

da/dN＝C_p·(ΔK)^m

寿命计算如下：

式中，C_p和m为与材料自身属性相关的常数，Δa为单位裂纹长度。